IFM電容式傳感器與電阻式、電感式傳感器的區別 IFM電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單價(jià)格便宜,靈敏度高,零磁滯,真空兼容,過(guò)載能力強,動(dòng)態(tài)響應特性好和對高溫、輻射、強振等惡劣條件的適應性強等。缺點(diǎn)是輸出有非線(xiàn)性,寄生電容和分布電容對靈敏度和測量精度的影響較大,以及聯(lián)接電路較復雜等。 IFM電容傳感器介紹:用電測法測量非電學(xué)量時(shí),首先必須將被測的非電學(xué)量轉換為電學(xué)量而后輸入之。通常把非電學(xué)量變換成電學(xué)量的元件稱(chēng)為變換器;根據不同非電學(xué)量的特點(diǎn)設計成的有關(guān)轉換裝置稱(chēng)為傳感器,而被測的力學(xué)量(如位移、力、速度等)轉換成電容變化的傳感器稱(chēng)為IFM電容傳感器。從能量轉換的角度而言,電容變換器為無(wú)源變換器,需要將所測的力學(xué)量轉換成電壓或電流后進(jìn)行放大和處理。力學(xué)量中的線(xiàn)位移、角位移、間隔、距離、厚度、拉伸、壓縮、膨脹、變形等無(wú)不與長(cháng)度有著(zhù)密切聯(lián)系的量;這些量又都是通過(guò)長(cháng)度或者長(cháng)度比值進(jìn)行測量的量,而其測量方法的相互關(guān)系也很密切。另外,在有些條件下,這些力學(xué)量變化相當緩慢,而且變化范圍極小,如果要求測量極小距離或位移時(shí)要有較高的分辨率,其他傳感器很難做到實(shí)現高分辨率要求,在精密測量中所普遍使用的差動(dòng)變壓器傳感器的分辨率僅達到1~5 μm數量級;而有一種電容測微儀,他的分辨率為0.01 μm,比前者提高了兩個(gè)數量級,大量程為100±5 μm,因此他在精密小位移測量中受到青睞。 對于上述這些力學(xué)量,尤其是緩慢變化或微小量的測量,一般來(lái)說(shuō)采用電容式傳感器進(jìn)行檢測比較適宜,主要是這類(lèi)傳感器具有以下突出優(yōu)點(diǎn):(1)測量范圍大其相對變化率可超過(guò)100%;(2)靈敏度高,如用比率變壓器電橋測量,相對變化量可達10-7數量級;(3)動(dòng)態(tài)響應快,因其可動(dòng)質(zhì)量小,固有頻率高,高頻特性既適宜動(dòng)態(tài)測量,也可靜態(tài)測量;(4)穩定性好由于電容器極板多為金屬材料,極板間襯物多為無(wú)機材料,如空氣、玻璃、陶瓷、石英等;因此可以在高溫、低溫強磁場(chǎng)、強輻射下長(cháng)期工作,尤其是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測難題。 IFM電容傳感器也屬于具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器,是一種接近式開(kāi)關(guān)。它的測量頭通常是構成電容器的一個(gè)極板,而另一個(gè)極板是待測物體的本身。當物體移向接近開(kāi)關(guān)時(shí),物體和接近開(kāi)關(guān)的介電常數發(fā)生變化,使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。由此,便可控制開(kāi)關(guān)的接通和關(guān)斷。 IFM電容式傳感器與電阻式、電感式等傳感器相比有如下一些優(yōu)點(diǎn): (1)高阻抗、小功率因而所需的輸入力很小,輸人能量也很低。電容式傳感器因帶電極板 間靜電引力極小(約幾個(gè)10-5 N),因此所需輸入能量極小,所以特別適宜用來(lái)解決輸入能量低的 測量問(wèn)題,例如測量極低的壓力、力和很小的加速度、位移等,可以做得很靈敏分辨力非常髙,能 感受0.001μm甚至更小的位移。 (2)溫度穩定性好。傳感器的電容值一般與電極材料無(wú)關(guān),有利于選擇溫度系數低的材料, 又因本身發(fā)熱極小,對穩定性影響甚微。 (3)結構簡(jiǎn)單,適應性強,待測體是導體或半導體均可可在惡劣環(huán)境中工作。電容式傳感 器結構簡(jiǎn)單易于制造可做得非常小巧,以實(shí)現某些特殊的測量;能工作在高低溫、強輻射及強 磁場(chǎng)等惡劣的環(huán)境中,也能對帶有磁性的工件進(jìn)行測量。 (4)動(dòng)態(tài)響應好。由于極板間的靜電引力很小,可動(dòng)部分做得很小很薄,因此其固有頻率很 高,動(dòng)態(tài)響應時(shí)間短,能在幾兆赫的頻率下工作,特別適合動(dòng)態(tài)測量,如測量振動(dòng)、瞬時(shí)壓力等。 (5)可以實(shí)現非接觸測量,具有平均效應。例如非接觸測量回轉軸的振動(dòng)或偏心、小型滾珠 軸承的徑向間隙等。當采用非接觸測量時(shí)電容式傳感器具有平均效應,可以減小工作表面粗糙 等對測量的影響。 IFM電容式傳感器存在的不足之處如下: (1)輸出阻抗高,負載能力差。 (2)寄生電容影響大。 IFM電容式傳感器的初始電容量很小而傳感器的引線(xiàn)電纜電容(lm~2m導線(xiàn)可達800 pF)、測 量電路的雜散電容以及傳感器極板與其周?chē)鷮w構成的電容等“寄生電容”卻較大,這一方面降 低了傳感器的靈敏度;另一方面這些電容(如電纜電容)常常是隨機變化的,將使傳感器工作不穩 定,影響測量精度,其變化量甚至超過(guò)被測量引起的電容變化量,致使傳感器無(wú)法工作。因此對 電纜的選擇、安裝、接法都要有要求。 為減小電纜分布電容影響,可將電子線(xiàn) 路的前級裝在離傳感器敏感部分很近的地 方,或采用所謂“雙層屏蔽等電位傳輸技術(shù)”, 又稱(chēng)“驅動(dòng)電纜”技術(shù)。這種方法的基本思路 是:連接電纜采用內外雙層屏蔽,使內屏蔽層 與被屏蔽的導線(xiàn)電位相同,因而兩者之間沒(méi) 有容性電流存在,這樣使引線(xiàn)與內屏蔽之間 的電纜電容不起作用,外屏蔽仍被接地而對 外界電場(chǎng)起屏蔽作用,其原理如圖5 - 15所 示。外屏蔽接地后,對地之間電容將成為1:1放大器的負載,它也與電容式傳感器的電 容無(wú)關(guān)。這樣無(wú)論電纜形狀和位置如何變化,都不會(huì )對傳感器的工作產(chǎn)生影響。 IFM電容式傳感器兩點(diǎn)注意: 工作頻率等于或接近諧振頻率時(shí),諧振頻率破壞了電容的正常作用。因此,工作頻率應該先擇低于諧振頻率。 IFM電容式傳感器的有效電容除與位移有關(guān)外,還與角頻率有關(guān)。因此,在實(shí)際應用時(shí)必須與標定的條件(ω)相同。 IFM電容傳感器的特點(diǎn):電容量小,變化更?。≒F級)。理論上,交流電橋可作為IFM電容傳感器的測量電路,但由于電容及變化太小,不易實(shí)現。包括(1)調頻電路(2)運算放大器式電路(3)二極管雙T形交流電橋(4)脈沖寬度調制電路 調頻電路 IFM電容式傳感器使用注意一: (1)轉換電路生成頻率信號,可遠距離傳輸不受干擾。 (2)具有較高的靈敏度,可以測量高至0.01μm級位移變化量。 (3)但非線(xiàn)性較差,可通過(guò)鑒頻器(頻壓轉換)轉化為電壓信號后,進(jìn)行補償。 IFM電容式傳感器使用注意二: (1)解決了單個(gè)變極板間距離式IFM電容傳感器的非線(xiàn)性問(wèn)題 (2)要求Zi及放大倍數足夠大 (3)為保證儀器精度,還要求電源電壓的幅值和固定電容穩定 (4)由于Cx變化小,所以該電路實(shí)現起來(lái)困難 (5)輸入阻抗高(避免泄漏)、放大倍數大(接近理想放大器) IFM電容式傳感器 塑料外殼 ? 34 mm DC PNP 增強的抗電磁干擾度 接插件 感應距離 20 mm [nf] 可設定 工作電壓: 10...36 V DC 電氣設計: DC PNP 輸出功能: 常閉 電流負載: 250 mA 長(cháng)度: 93 mm 安裝: 非齊平安裝 感應距離: 20 可設定 mm 開(kāi)關(guān)頻率: 40 Hz 接口: M12接插件 外殼材料: PBT 環(huán)境溫度: -25...70 °C 外殼防護等級: IP 65 開(kāi)關(guān)狀態(tài)顯示: LED 黃色 附件(單獨訂購): 插座 安裝附件 產(chǎn)品: 易福門(mén)或同價(jià)值的 型號: KB5096 KB5096 - 改型品種~~ IFM電容式傳感器詳細參數 塑料外殼 34 mm 接插件 增強的抗電磁干擾度 感應距離 20 mm; 可設定; [nf] 非齊平安裝 電氣數據 電氣設計 DC PNP 工作電壓 [V] 10...36 DC 電流損耗 [mA] < 13 (24 V) 防護等級 II 反相保護 是 輸出 輸出功能 常閉 電壓降 [V] < 2.5 電流負載 [mA] 250 短路保護 脈沖 過(guò)載保護 是 開(kāi)關(guān)頻率 [Hz] 40 監控范圍 感應距離 [mm] 20 可設定 實(shí)際感應距離 (Sr) [mm] 20 ± 10 % 工作距離 [mm] 0...16.2 精度/偏差 修正系數 水=1 / 玻璃約0.4 / 陶瓷約0.2 / PVC約0.2 遲滯 [Sr的百分比] 3...15 開(kāi)關(guān)點(diǎn)偏移 [Sr的百分比] -15...15 環(huán)境條件 環(huán)境溫度 [°C] -25...70 外殼防護等級 IP 65 認證/測試 EMC電磁兼容 EN 60947-5-2 MTTF [年] 778 機械技術(shù)數據 安裝 非齊平安裝 外殼材料 PBT 重量 [kg] 0.168 顯示器/操作件 開(kāi)關(guān)狀態(tài)顯示 LED 黃色 電氣連接 接口 M12接插件
中級會(huì )員
第10年